- Linux那些事儿之我是USB
- 肖林甫 肖季东 任桥伟
- 2977字
- 2020-08-27 00:52:23
27.设备的生命线（八）
这个世界上不需要努力就能得到的东西只有一样，那就是年龄。所以要不怕苦不怕累，看完struct usb_bus函数，回到struct usb_hcd函数，继续努力地往下看。
64行，kref，USB主机控制器的引用计数。struct usb_hcd也有自己专用的引用计数函数，在hcd.c文件中。
1526 static void hcd_release (struct kref *kref)
1527 {
1528 struct usb_hcd *hcd = container_of (kref, struct usb_hcd, kref);
1529
1530 kfree(hcd);
1531 }
1532
1533 struct usb_hcd *usb_get_hcd (struct usb_hcd *hcd)
1534 {
1535 if (hcd)
1536 kref_get (&hcd->kref);
1537 return hcd;
1538 }
1539 EXPORT_SYMBOL (usb_get_hcd);
1540
1541 void usb_put_hcd (struct usb_hcd *hcd)
1542 {
1543 if (hcd)
1544 kref_put (&hcd->kref, hcd_release);
1545 }
1546 EXPORT_SYMBOL (usb_put_hcd);
66行，product_desc，主机控制器的产品描述字符串，对于UHCI，它为“UHCI Host Controller”，对于EHCI，它为“EHCI Host Controller”。
67行，irq_descr[24]，这里面保存的是“ehci-hcd:usb1”之类的字符串，也就是驱动的名称再加上总线编号。
71行到73行，电源管理。
78行，driver，每个主机控制器驱动都有一个struct hc_driver结构体。查看它在hcd.h中的定义。
149 struct hc_driver {
150 const char *description; /* "ehci-hcd" etc */
151 const char *product_desc; /* product/vendor string */
152 size_t hcd_priv_size; /* size of private data */
153
154 /* irq handler */
155 irqreturn_t (*irq) (struct usb_hcd *hcd);
156
157 int flags;
158 #define HCD_MEMORY 0x0001 /* HC regs use memory (else I/O) */
159 #define HCD_USB11 0x0010 /* USB 1.1 */
160 #define HCD_USB2 0x0020 /* USB 2.0 */
161
162 /* called to init HCD and root hub */
163 int (*reset) (struct usb_hcd *hcd);
164 int (*start) (struct usb_hcd *hcd);
165
166 /* NOTE: these suspend/resume calls relate to the HC as
167 * a whole, not just the root hub; they're for PCI bus glue.
168 */
169 /* called after suspending the hub, before entering D3 etc */
170 int (*suspend) (struct usb_hcd *hcd, pm_message_t message);
171
172 /* called after entering D0 (etc), before resuming the hub */
173 int (*resume) (struct usb_hcd *hcd);
174
175 /* cleanly make HCD stop writing memory and doing I/O */
176 void (*stop) (struct usb_hcd *hcd);
177
178 /* shutdown HCD */
179 void (*shutdown) (struct usb_hcd *hcd);
180
181 /* return current frame number */
182 int (*get_frame_number) (struct usb_hcd *hcd);
183
184 /* manage i/o requests, device state */
185 int (*urb_enqueue) (struct usb_hcd *hcd,
186 struct usb_host_endpoint *ep,
187 struct urb *urb,
188 gfp_t mem_flags);
189 int (*urb_dequeue) (struct usb_hcd *hcd, struct urb *urb);
190
191 /* hw synch, freeing endpoint resources that urb_dequeue can't */
192 void (*endpoint_disable)(struct usb_hcd *hcd,
193 struct usb_host_endpoint *ep);
194
195 /* root hub support */
196 int (*hub_status_data) (struct usb_hcd *hcd, char *buf);
197 int (*hub_control) (struct usb_hcd *hcd,
198 u16 typeReq, u16 wValue, u16 wIndex,
199 char *buf, u16 wLength);
200 int (*bus_suspend)(struct usb_hcd *);
201 int (*bus_resume)(struct usb_hcd *);
202 int (*start_port_reset)(struct usb_hcd *, unsigned port_num);
203 void (*hub_irq_enable)(struct usb_hcd *);
204 /* Needed only if port-change IRQs are level-triggered */
205 };
与usb_driver和pci_driver一样，所有的“xxx_driver”都有一堆函数指针，具体的主机控制器驱动就靠它们，这里只说函数指针之外的东西。
description直白点儿说就是驱动的大名，比如对于UHCI，它是“uhci_hcd”，对于EHCI，它就是“ehci_hcd”。product_desc和struct usb_hcd里的是一样。hcd_priv_size还是有点儿意思的，每个主机控制器驱动都会有一个私有结构体，藏在struct usb_hcd最后的那个变长数组里，这个“变”也是相对的，在创建usb_hcd时也得知道它能变多长，不然谁知道要申请多少内存，这个长度就hcd_priv_size。
81行，flags，属于HCD的一些标志，可用值就在82行和83行。它们什么意思？书到用时方恨少，flags到用时才可知。
69行，70行，85行到91行，这几行都是专为root hub服务的。一个主机控制器对应一个Root Hub，即使在嵌入式系统里，硬件上主机控制器没有集成Root Hub，软件上也需要虚拟一个出来，也就是所谓的Virtual Root Hub。
它位置是特殊的，但需要提供的功能和其他Hub是没有什么差别的，仅仅是在和主机控制器的软硬件接口上有一些特别的规定。Root Hub再怎么特别也始终是一个Hub，是一个USB设备，也不能脱离USB这个大家庭，也要向组织注册，也要有自己的设备生命线。
92行，wireless，无线USB。
94行到97行这几行都是与主机控制器的“娘家”PCI有关的，说到PCI就不得不说到如图1.20.1所示的那张著名的表。
图1.20.1 PCI配置寄存器
在这张表里中断号等很多有用的东西都在里面准备好了。94行的irq就躲在上面表儿里的倒数第四个Byte，HCD可以直接拿来用，根本就不用再去申请。接下来的regs，rsrc_start，rsrc_len就与中间的Base Address0~5脱不开关系了，牵涉到所谓的I/O内存和I/O端口，下面简单介绍一下。
大家都知道CPU是众人瞩目的焦点，但是它也不可能一个人完成工作，计算机运转是一个集体项目，CPU也需要跟各种外设配合交流，它需要访问外设里的寄存器或者内存。
CPU的差别主要表现在空间的差别。一些CPU芯片有两个空间，即I/O空间和内存空间，提供有专门访问外设I/O端口的指令；而另外一些CPU只有一个空间，即内存空间。外设的I/O端口可以映射在I/O空间也可以映射到内存空间，CPU通过访问这两个空间来访问外设，I/O空间有I/O空间访问的接口，内存空间有内存空间访问的接口。当然一些外设不但有寄存器，还有内存，也就是I/O内存，比如EHCI/OHCI，它们需要映射到内存空间。但是不管映射到哪个空间，访问I/O端口还是I/O内存，CPU必须知道它们映射后的地址，不然没有办法配合交流。
在图1.20.1中，中间的那些基地址就是保存PCI设备中I/O内存或I/O端口的首尾位置还有长度。驱动使用时要首先把它们给读出来，如果要映射到I/O空间，则要根据读到的值向系统申请I/O端口资源，如果要映射到内存空间，除了要申请内存资源，还要使用ioremap等进行映射。
96行的rsrc_start和97行的rsrc_len保存的就是从表里读出来的主机控制器的I/O端口或内存的首地址和长度，95行的regs保存的是调用ioremap_nocache映射后的内存地址。
98行，power_budget，能够提供的电流。
101行，*pool [HCD_BUFFER_POOLS]，几个dma池。因为HCD_BUFFER_POOLS在100行定义为4，所以这里就表示每个主机控制器可以有4个dma池。
我们知道主机控制器是可以进行DMA传输的，再回到前面讲的struct urb，它有两个成员，transfer_dma和setup_dma，前面只是说可以使用usb_buffer_alloc分配好DMA缓冲区给它们，然后再告诉HCD urb已经有了，HCD就可以不用再进行复杂的DMA映射了。但并没有提到这个获取的DMA缓冲区是从哪里来的。这里所说的DMA池子里来的了。
像创建或销毁线程、数据库连接时比较消耗资源，可以先建一个池子预先创建好一批线程放里面，用时就从里面取出来，不用时就再放里面。
当然，DMA池还有其他的作用。一般来说DMA映射获得的都是以页为单位的内存，urb不需要这么大的，如果需要比较小的DMA缓冲区，就离不开DMA池了。还是查看主机控制器的这几个池子在buffer.c文件中是怎么创建的。
52 int hcd_buffer_create(struct usb_hcd *hcd)
53 {
54 char name[16];
55 int i, size;
56
57 if (!hcd->self.controller->dma_mask)
58 return 0;
59
60 for (i = 0; i < HCD_BUFFER_POOLS; i++) {
61 if (!(size = pool_max [i]))
62 continue;
63 snprintf(name, sizeof name, "buffer-%d", size);
64 hcd->pool[i] = dma_pool_create(name, hcd->self.controller,
65 size, size, 0);
66 if (!hcd->pool [i]) {
67 hcd_buffer_destroy(hcd);
68 return -ENOMEM;
69 }
70 }
71 return 0;
72 }
这里首先要判断这个主机控制器支持不支持DAM，如果不支持的话再创建DMA池就是纯粹无稽之谈了。如果主机控制器支持DMA，就逐个使用dma_pool_alloc来创建DMA池，如果创建失败了，就调用同一个文件中的hcd_buffer_destroy来将已经创建成功的池子给销毁掉。
82 void hcd_buffer_destroy(struct usb_hcd *hcd)
83 {
84 int i;
85
86 for (i = 0; i < HCD_BUFFER_POOLS; i++) {
87 struct dma_pool *pool = hcd->pool[i];
88 if (pool) {
89 dma_pool_destroy(pool);
90 hcd->pool[i] = NULL;
91 }
92 }
93 }
这里调用的dma_pool_destroy和dma_pool_alloc。每个DMA池子都要找到四个函数，一个用来创建，一个用来销毁，一个用来取内存，一个用来放内存。上面只遇到了创建和销毁的函数，还少两个取内存和放内存的函数，再去同一个文件中找一找。
100 void *hcd_buffer_alloc(
101 struct usb_bus *bus,
102 size_t size,
103 gfp_t mem_flags,
104 dma_addr_t *dma
105 )
106 {
107 struct usb_hcd *hcd = bus_to_hcd(bus);
108 int i;
109
110 /* some USB hosts just use PIO */
111 if (!bus->controller->dma_mask) {
112 *dma = ~(dma_addr_t) 0;
113 return kmalloc(size, mem_flags);
114 }
115
116 for (i = 0; i < HCD_BUFFER_POOLS; i++) {
117 if (size <= pool_max [i])
118 return dma_pool_alloc(hcd->pool [i], mem_flags, dma);
119 }
120 return dma_alloc_coherent(hcd->self.controller, size, dma, 0);
121 }
122
123 void hcd_buffer_free(
124 struct usb_bus *bus,
125 size_t size,
126 void *addr,
127 dma_addr_t dma
128 )
129 {
130 struct usb_hcd *hcd = bus_to_hcd(bus);
131 int i;
132
133 if (!addr)
134 return;
135
136 if (!bus->controller->dma_mask) {
137 kfree(addr);
138 return;
139 }
140
141 for (i = 0; i < HCD_BUFFER_POOLS; i++) {
142 if (size <= pool_max [i]) {
143 dma_pool_free(hcd->pool [i], addr, dma);
144 return;
145 }
146 }
147 dma_free_coherent(hcd->self.controller, size, addr, dma);
148 }
又可以找到两个函数，即dma_pool_alloc和dma_pool_free函数，现在可以凑齐四个函数了。不过不用管它们四个到底什么长相，只要它们能够干活儿就成了，这里要注意的是以下几个问题。
第一个问题是即使你的主机控制器不支持DMA，这几个函数也是可以用的，只不过创建的不是DMA池子，存取的也不是DMA缓冲区。此时，DMA池子不存在，hcd_buffer_alloc获取的只是适用kmalloc申请的普通内存。当然，你必须在它没有利用价值时使用hcd_buffer_free将它释放掉。
第二个问题是size的问题，它们里面都有一个pool_max，这是个同一个文件中定义的数组。
26 static const size_t pool_max [HCD_BUFFER_POOLS] = {
27 /* platfor ms without dma-friendly caches might need to
28 * prevent cacheline sharing...
29 */
30 32,
31 128,
32 512,
33 PAGE_SIZE / 2
34 /* bigger --> allocate pages */
35 };
这个数组中定义的就是四个池子中每个池子里保存的DMA缓冲区的size。注意这里虽说只定义了四种size，但是并不说明你使用hcd_buffer_alloc获取DMA缓冲区时不能指定更大的size，如果这几个池子都满足不了要求，那就会使用dma_alloc_coherent建立一个新的DMA映射。还有，每个人的情况都不一样，不可能都会完全恰好和上面定义的四种size一致，那也不用怕，使用这个size获取DMA缓冲区时，池子会选择一个略大一些的回馈过去。
还是回到struct usb_hcd中来。103行，state，主机控制器的状态，紧挨着它的下面那些代码就是相关的可用值和宏定义。